一種基于PLC的車用燈具耐久測試系統(tǒng)設(shè)計

劉琳霞 沈炯 徐俊 龐鵬飛

摘 要：車用燈具作為汽車的重要組成部件，在提升汽車的安全性與舒適度等方面起著重要的作用。由于車用燈具在不同環(huán)境條件下長時間使用，有可能會造成燈具的損壞，影響汽車在行駛中的安全性。為了在實驗室條件下，模擬車用燈具的工作環(huán)境，在不同環(huán)境下（溫濕度不同）待檢測的車用燈具經(jīng)過長時間運行，來檢測其耐久性。本文正是基于上述需求，介紹了一種基于PLC和MCGS觸摸屏技術(shù)的車用燈具耐久測試系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計。具體闡述了系統(tǒng)的功能設(shè)計、硬件構(gòu)成及選用、人機界面的組態(tài)以及PLC的程序流程。內(nèi)容涉及PLC及擴展、HMI、模擬量、傳感器等技術(shù)。重點體現(xiàn)設(shè)計思路，可為類似的系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：耐久測試;PLC;人機界面;溫度檢測

1 系統(tǒng)設(shè)計

車用燈具的耐久性與其工作環(huán)境和工作模式，工作環(huán)境因素影響主要涉及溫度、濕度等;工作模式方面的影響是指車燈處于接通、斷開或者閃爍工作狀態(tài)。在實驗室環(huán)境下，采用環(huán)境試驗箱來模擬車燈的真實工作環(huán)境，根據(jù)實際試驗結(jié)果來檢驗車用燈具的耐久性。

1.1 設(shè)計需求

要求能夠?qū)Χ鄠€通道的燈具進(jìn)行測試。燈的工作方式可以設(shè)置為閃爍或常亮;通道的數(shù)量要求8個，并提供一定的后續(xù)擴展能力。測試的時間由用戶設(shè)置;測試完成后，應(yīng)進(jìn)行提示。燈具放置在指定的測試箱中，箱內(nèi)溫度可控（-20℃～80℃），要求測試系統(tǒng)能夠在溫度符合測試要求時，自動開始進(jìn)行測試。另提供一種常規(guī)控制方式，不依賴溫度，通過設(shè)置，自動在指定測試時間內(nèi)運行。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

依據(jù)設(shè)計要求，將系統(tǒng)功能設(shè)計如下：

（1）使用PLC作為主控器件，使系統(tǒng)具有較好的抗干擾性能、便于維護(hù)，PLC提供的數(shù)字量和模擬量擴展模塊可為通道拓展提供可能性;（2）使用MCGS作為人機界面，便于用戶設(shè)置不同的工作方式及監(jiān)控和查看數(shù)據(jù);（3）設(shè)置8路通道，采用插拔式結(jié)構(gòu)，便于外接測試燈具;（4）燈的測試時長通過觸摸屏設(shè)置，上限為1000小時，精度為1分鐘;（5）在一次測試中，各通道的燈具的工作方式可以分時段的進(jìn)行設(shè)置，燈具可在不同時段內(nèi)采用關(guān)閉、常亮和閃爍工作狀態(tài)，時間段的精度為1分鐘。閃爍的精度為100ms，周期最長為1分鐘;并可設(shè)置循環(huán)次數(shù)，最多三種方式為一周期，循環(huán)運行;（6）由于原測試箱沒有留接口，需添加新的溫度傳感器，反饋測試箱溫度。溫度傳送給PLC后，經(jīng)觸摸屏顯示。在溫度控制模式下，按下啟動按鈕后，系統(tǒng)將在指定溫度自動起動，例如當(dāng)測試箱內(nèi)滿足40度時開始測試30小時。

2 系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)采用PLC作為核心部件，可編程控制器具有可靠性高、通用性強、方便拓展、操作方便等特點。使用S7-1200系列PLC，自帶少量模擬量輸入;數(shù)字量輸出口按照120%預(yù)留接口，如需進(jìn)一步拓展，可以使用數(shù)字量拓展模塊。使用MCGS觸摸屏作為人機界面，完成操作、設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示等功能。觸摸屏與PLC之間可采用以太網(wǎng)通信。

燈具的電源采用可調(diào)電源（DC0～30V），并獨立設(shè)置，便于更換不同額定電壓的產(chǎn)品測試，也可測試燈具在非正常電壓下工作的性能和耐久;使用溫度傳感器對測試燈具的環(huán)境工作溫度進(jìn)行反饋，通過模擬量擴展模塊或PLC自帶的模擬量輸入通道，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，PLC進(jìn)行記錄和處理。

3 觸摸屏組態(tài)

通過對觸摸屏的組態(tài)，用來進(jìn)行設(shè)置參數(shù)、操作運行，以及監(jiān)控數(shù)據(jù)。MCGS觸摸屏組態(tài)的結(jié)構(gòu)如圖2所示：

（1）啟動界面：觸摸屏上電后顯示該界面，用以顯示企業(yè)信息、用戶程序版本等信息。（2）操作顯示界面：顯示目前的測試的時間、溫度信息及各通道狀態(tài);通過界面操作，選擇進(jìn)入“常規(guī)測試模式”或“溫度測試模式”設(shè)置界面。也可以操作進(jìn)入瀏覽“數(shù)據(jù)曲線”、“報警界面”。在進(jìn)入設(shè)置界面時，需輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)設(shè)置不同的管理群組，以區(qū)分多個級別的操作權(quán)限。（3）常規(guī)測試模式：為每個通道設(shè)置工作方式。將燈具的測試劃分出多個時段，每個時段內(nèi)設(shè)置成常亮、閃爍或常滅狀態(tài)。閃爍的周期及占空比可設(shè)置。當(dāng)測試時間達(dá)到時，測試結(jié)束，同時通過聲光的方式進(jìn)行提醒。（4）溫度測試模式：設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)溫度、上下限溫度，用于燈具在指定溫度范圍內(nèi)按設(shè)置的模式工作指定的時長。設(shè)置完成后，通過確認(rèn)運行，系統(tǒng)將自動監(jiān)控溫度變化，并在溫度達(dá)到要求時，自動啟動測試。若一次測試沒有結(jié)束，或切換測試模式時，系統(tǒng)將通過彈出框進(jìn)行提醒，以避免由于誤操作造成的停止。（5）數(shù)據(jù)曲線：系統(tǒng)記錄每次測試的信息，包括開始時間、總時長、各通道的工作方式，溫度模式下，將每隔30s采集溫度數(shù)據(jù)，并記錄。通過曲線可以查看一段時間內(nèi)的溫度記錄。（6）報警界面，主要用來存儲、顯示報警信息。

4 PLC控制程序

PLC控制流程如圖3所示。PLC控制主程序上電后等待HMI的指令。用戶通過觸摸屏設(shè)置工作模式及相關(guān)參數(shù)。在觸屏上按下“啟動”按鈕后，相關(guān)的數(shù)據(jù)，更新至PLC。PLC依據(jù)設(shè)置，調(diào)用“通道運行”子程序，控制通道接通或斷開，并同步開啟計時。調(diào)用子程序“通道運行”時，通過調(diào)整參數(shù)，完成對通道的常亮、閃爍或熄滅的控制。在溫度模式下，使用定時中斷，每隔30s采集一次溫度信息，用來存儲及顯示。當(dāng)測試時間到時，系統(tǒng)通過對話框及聲光等方式提醒（聲音提醒，一段時間后自動停止），并將本次測試數(shù)據(jù)自動存儲成文件。

在控制程序設(shè)計環(huán)節(jié)中，關(guān)鍵問題之一是進(jìn)行子函數(shù)的編制，不同通道的程序控制是通過調(diào)用相同子函數(shù)，賦不同參數(shù)值進(jìn)行的。這個樣子就節(jié)省了大量的程序代碼，提高了程序運行效率;關(guān)鍵問題之二是通過特殊指令將個通道電流值進(jìn)行定時采集記錄。部分程序截圖如圖4所示。

5 結(jié)語

經(jīng)測試，系統(tǒng)能夠完成設(shè)計的功能。本項目在功能上也存在進(jìn)一步改進(jìn)的空間。例如：添加電流檢測，當(dāng)燈具性能出現(xiàn)顯著變化時，進(jìn)行主動提醒;以及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程察看功能等，尤其是采用無線方式，可讓系統(tǒng)更加智能和便捷。

參考文獻(xiàn)：

[1]車用燈具密封性檢測裝置控制系統(tǒng)設(shè)計研究[J].潘云忠.時代汽車.2018（11）：120-121.

[2]基于模糊控制的前車燈檢測系統(tǒng)[J].施雨農(nóng).電子測量技術(shù).2014（05）：64-68.

[3]基于STM32的便攜式車燈檢測箱研制[J].李玉群.微型機與應(yīng)用.2013（15）：28-30.